CN203707806U - 一种故障可追溯性风光互补电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种故障可追溯性风光互补电源，其包括风发电单元、光伏发电单元、电源切换单元、电能存储单元以及故障判断单元；所述故障判断单元分别与所述风发电单元、光伏发电单元、电源切换单元以及电能存储单元电性连接；所述光伏发电单元与所述风发电单元分别与电能存储单元连接，所述光伏发电单元与风发电单元分别与所述电源切换单元连接。本实用新型稳定性高，使用寿命长，并且具有故障诊断功能，智能控制器检测各模块输出电压、电流信号，与内存的数据进行比对，通过读取故障码，判断系统故障。

Description

一种故障可追溯性风光互补电源

技术领域

本实用新型涉及风能与太阳能发电技术，更具体地说是涉及一种故障可

追溯性风光互补电源。

背景技术

将风能、太阳能转换成电能储存起来，供人们生活、设备用电。风能、太阳能成为目前国际上可再生能源领域发展最快的清洁能源。风能和太阳能是目前全球在新能源利用方面最有前景的行业。

目前，太阳能硅板光电转换技术基本稳定、可靠。由于晚上不能发电，从功率配备上讲，这样就需配备容量大的蓄电池用于夜间供电。另外可以充分利用风力资源，在夜晚、阴雨天提供电力。利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性，同时要求发电机有先进的电子技术控制和自动调整来保证实现。解决好风能和太阳能互补供电问题，采用风光自动调节互补的方法，使自然资源在各种应用上有了进一步发展。

鉴于有些安装在偏远地区的小型风力发电机的工作环境比较恶劣，因此出现运行故障也是不可避免的现象。由于售后维修人员的缺乏以及地处偏远等原因，使得许多风光互补发电系统在发生故障后，很难及时得到维修和维护，只能无奈地变成了“一次性”设备，给用户造成了不该有的经济损失。为了便于维护，减少因维修所致的停机次数、停机时间，提出一种能够记忆故障、为故障现象编码、可提取故障代码的排查故障方法，即故障可追溯性，系统维修人员可以快速查出故障点，及时更换相应器件，使系统正常运行。

风光互补发电系统实际运行中出现的问题在于：那些通信基站位于边远、偏僻、自然环境条件差的地区，往往是无人值守，其供电设备需要在一些恶劣的自然环境条件下24小时不间断供电，要求风光互补系统的运行稳定性很高。据电信部门的技术人员反映，有些国产的小风电机组每使用1~2个月，就需要进行一次停机维护，不但直接影响了通信基站的正常发射工作，而且也增加了基站的运营维护成本。当然，也许每1~2个月就需要维护的小风电机组可能属于一些比较极端的“个案”，但即便如此，从中也可以反映出国产小风电机组的技术性能和产品质量还需进一步提高。对于通信等相关行业，风光互补发电系统应具有维护简单方便，现场故障诊断，维修便捷等能力，目前大多数国内生产企业的产品技术性能还达不到要求。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供的一种故障可追溯性风光互补电源，其包括风发电单元、光伏发电单元、电源切换单元、电能存储单元以及故障判断单元；所述故障判断单元分别与所述风发电单元、光伏发电单元、电源切换单元以及电能存储单元电性连接；

所述光伏发电单元与所述风发电单元分别与电能存储单元连接，所述光伏发电单元与风发电单元分别与所述电源切换单元连接。

较佳地，所述故障判断单元包括：

故障检测器，包括模块信号检测电路、信号处理模块、故障存储模块以及故障输出模块，信号检测电路、故障存储模块以及故障输出模块分别与所述信号处理模块连接；

故障读码器，包括故障读取模块以及故障显示模块。

较佳地，所述模块信号检测电路包括电流采样电路、电压采样电路、分别与所述电流采样电路、电压采样电路连接的抗干扰电路与A/D转换电路。

较佳地，所述风发电单元包括风力发电机，所述风力发电机通过稳压电路与所述模块信号检测电路连接。 

较佳地，所述光伏发电单元包括多个光伏阵列与一光伏阵列转换电路，所述各光伏阵列与所述光伏阵列转换电路连接，所述各光伏阵列与光伏阵列转换电路分别与所述模块信号检测电路连接。

较佳地，所述电能存储单元包括若干蓄电池组与蓄电池组切换电路，所述蓄电池组切换电路分别与所述MCU、充电侧直流母线、放电侧直流母线连接，所述充电侧直流母线、放电侧直流母线分别与所述MCU连接。

较佳地，所述模块信号检测电路连接过载保护电路、逆变器以及电能存储单元。

较佳地，所述放电侧直流母线分别与所述过载保护电路、逆变器连接，所述过载保护电路连接直流设备，所述逆变器连接交流设备。

本实用新型具有以下有益效果：

 高稳定性：智能控制器通过监测两重直流母线的电压、电流的变化，提供稳定的直流输出，再经逆变器，可转换成输出稳定的交流点；

使用寿命长：智能控制器通过两重直流母线依序轮换接入充电蓄电池组和放电蓄电池组，有效控制蓄电池组的充、放电时间，延长蓄电池组使用寿命；

具有故障诊断功能：智能控制器检测各模块输出电压、电流信号，与内存的数据进行比对，通过读取故障码，判断系统故障；

模块化设计：将各功能单元细化分解，采用模块化插板式结构，在查取故障码后，便于测试、检查、更换、维修，降低维护成本。

附图说明

图1为本实用新型提供的故障可追溯性风光互补电源结构示意图；

图2为本实用新型提供的故障检测模块结构示意图；

图3为本实用新型提供的故障读码器结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供的一种故障可追溯性风光互补电源，其包括风发电单元、光伏发电单元、电源切换单元、电能存储单元以及故障判断单元；所述故障判断单元分别与所述风发电单元、光伏发电单元、电源切换单元以及电能存储单元电性连接；

所述光伏发电单元与所述风发电单元分别与电能存储单元连接，所述光伏发电单元与风发电单元分别与所述电源切换单元连接。

本实用新型的工作方式有以下几种：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有更大优势。利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性；在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量；通过合理地设计与匹配，风光互补发电系统可以完成供电。

所述故障判断单元包括：

故障检测器，包括模块信号检测电路、信号处理模块、故障存储模块以及故障输出模块，信号检测电路、故障存储模块以及故障输出模块分别与所述信号处理模块连接；

故障读码器，包括故障读取模块以及故障显示模块。故障可追溯性风光互补智能电源由于长期在野外、多灰尘、高温、低温、潮湿的环境中工作，容易产生故障，许多故障的原因是恶劣环境造成的。系统出现故障点主要是： 1）焊点松脱； 2）电容元件失效； 3）集成块损坏； 4）电控单元固定脚螺栓松动； 5）电子元件损坏；6）外围线路故障；7）接头老化失效、松动等。 一旦出现上述故障，会造成系统输出电压过低、数据跳变、输出时好时坏、输出噪声大或蓄电池无法充电等异常现象，此时各模块输出的电压、电流等信号也会相应异常，将各关键点采样信号与标准值比对进行故障诊断，结合存储在中央控制单元的故障信息，输出故障码。维修时，用故障读码器可以轻松读出故障码，了解故障点进行维修。

如图2所示，模块信号检测电路包括电流采样电路、电压采样电路、分别与所述电流采样电路、电压采样电路连接的抗干扰电路与A/D转换电路；

如图3所示，故障读取模块包括故障代码输入端口、数据存储，故障显示模块包括液晶驱动电路、液晶显示，该故障读码器还包括电源以及一MCU。

故障检测判断单元提出一种能够记忆故障、将故障现象编码、提取故障代码的排查故障方法，即智能故障具有可追溯性。首先要建立故障特征数据库，检测出各功能模块关键器件、关键点电压、电流信号的正常值范围，检测出各功能模块因关键器件工作异常或损坏的电压、电流异常值，记录故障现象；检测出各功能模块之间因连接线接触不良或断开的电压、电流异常值，记录故障现象。汇编出典型故障的故障代码，建立故障代码与故障现象的关系图，然后在智能控制器中存储故障特征数据库。模块信号检测电路实时监测采集并存储各功能模块的各项数据，与内存的标准数据进行比对，将不符合标准的数据记忆下来，并以故障编码的形式输出。在维修时，通过故障读码器，与智能控制器相应端口连接，可以读取故障码，能够快速查出故障点，判断系统故障，更换相应器件，维修易于掌握。

故障读码器也是本项目的关键部分。它不仅需要与智能控制系统通信，读取故障码数据，还要有友好的、便于理解的对话窗口与界面。考虑用户技术水平，还要求故障读码器操作简单，便于携带，通信数据可靠。因故障读码器操作环境复杂，还要有一定抗干扰能力。

所述风发电单元包括风力发电机，所述风力发电机通过稳压电路与所述模块信号检测电路连接。 

所述光伏发电单元包括多个光伏阵列与一光伏阵列转换电路，所述各光伏阵列与所述光伏阵列转换电路连接，所述各光伏阵列与光伏阵列转换电路分别与所述模块信号检测电路连接。

所述电能存储单元包括若干蓄电池组与蓄电池组切换电路，所述蓄电池组切换电路分别与所述MCU、充电侧直流母线、放电侧直流母线连接，所述充电侧直流母线、放电侧直流母线分别与所述MCU连接。

所述模块信号检测电路连接过载保护电路、逆变器以及电能存储单元。

所述放电侧直流母线分别与所述过载保护电路、逆变器连接，所述过载保护电路连接直流设备，所述逆变器连接交流设备。

风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，可经过逆变器对负载供电；光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；智能控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面通过充电侧直流母线把调整后的电能送往蓄电池组存储。另一方面通过放电直流母线将蓄电池的电能送往直流设备或逆变器，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；蓄电池管理部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用，它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。其关键技术是基于两重直流母线的控制的风光互补的发电系统，可优化蓄电池组的充放电过程，减少蓄电池的充放电循环次数，延长蓄电池的使用寿命，提高光伏阵列和风力发电机的发电能力，稳定系统的发电输出，以保证为远离电网的设备提供不间断的稳定电源；逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用，同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量。

实施例二

例如对光伏阵列转换电路的监测。假设光伏阵列额定输出电压为72V，因早、中、晚货或季节不同，环境温度变化较大，其输出电压会有较大波动（其温度系数为-0.3%/℃~-0.45%/℃，经转换器把光电电压调整在充电电压范围内，自动调整为48 V~57 V，给蓄电池充电，光伏阵列转换电路结构示意图如图4所示。在该模块中常见故障点DC-DC转换器失效、连接导线松动接触不良或断开。通过监测A、B、C三点电压可以初步判断该模块的故障点，故障分析表见表1。

           表1 光伏阵列转换电路故障分析表

监测电压A	监测电压B	监测电压C	故障点	故障代码
					0＜UA≤72V	同A	同A	无
0＜UA≤72V	同A	0	DC-DC失效	001
					0＜UA≤72V	同A	输出持续跳变	DC-DC失效	001
0＜UA≤72V	低于UA大于2V	同B	连线松动	002
					0＜UA≤72V	0	0	连线断开	002

检测模块一旦检测到异常信号，会将该信号存储下来，最终可通过故障读码器读出故障信息，维修后，消除故障码，具有可追溯性。

故障检测模块还具有纠错功能，如果在采样时间内连续采到三次异常信号，进行存储，如果是偶发信号则予以剔除，消除了干扰信号。

以上实施例仅用于举例说明本实用新型的内容，除上述实施方式外，本实用新型还有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种故障可追溯性风光互补电源，其特征在于，包括风发电单元、光伏发电单元、电源切换单元、电能存储单元以及故障判断单元；所述故障判断单元分别与所述风发电单元、光伏发电单元、电源切换单元以及电能存储单元电性连接； 

所述光伏发电单元与所述风发电单元分别与电能存储单元连接，所述光伏发电单元与风发电单元分别与所述电源切换单元连接。 

2.如权利要求1所述的故障可追溯性风光互补电源，其特征在于，所述故障判断单元包括： 

故障检测器，包括模块信号检测电路、信号处理模块、故障存储模块以及故障输出模块，信号检测电路、故障存储模块以及故障输出模块分别与所述信号处理模块连接； 

故障读码器，包括故障读取模块以及故障显示模块。 

3.如权利要求2所述的故障可追溯性风光互补电源，其特征在于，所述模块信号检测电路包括电流采样电路、电压采样电路、分别与所述电流采样电路、电压采样电路连接的抗干扰电路与A/D转换电路。 

4.如权利要求2所述的故障可追溯性风光互补电源，其特征在于，所述风发电单元包括风力发电机，所述风力发电机通过稳压电路与所述模块信号检测电路连接。 

5.如权利要求2所述的故障可追溯性风光互补电源，其特征在于，所述光伏发电单元包括多个光伏阵列与一光伏阵列转换电路，所述各光伏阵列与所述光伏阵列转换电路连接，所述各光伏阵列与光伏阵列转换电路分别与所述模块信号检测电路连接。 

6.如权利要求2所述的故障可追溯性风光互补电源，其特征在于，所述电能存储单元包括若干蓄电池组与蓄电池组切换电路，所述蓄电池组切换电路分别与一MCU、充电侧直流母线、放电侧直流母线连接，所述充电侧直流母线、放电侧直流母线分别与所述MCU连接。 

7.如权利要求6所述的故障可追溯性风光互补电源，其特征在于，所述模块信号检测电路连接过载保护电路、逆变器以及电能存储单元。 

8.如权利要求7所述的故障可追溯性风光互补电源，其特征在于，所述放电侧直流母线分别与所述过载保护电路、逆变器连接，所述过载保护电路连接 直流设备，所述逆变器连接交流设备。